Įvairių tipų pamainų registrai ir jų taikymo pavyzdžiai

Kas yra „Shift“ registras:

„Shift“ registrai yra nuoseklios loginės grandinės, galinčios saugoti ir perduoti duomenis. Jie sudaromi iš „Flip Flops“, kurie yra sujungti taip, kad vieno „flip Flop“ išvestis galėtų būti naudojama kaip kito „Flip-Flop“ įvestis, atsižvelgiant į kuriamų pamainų registrų tipą.

„Shift“ registrai iš esmės yra tam tikro tipo registrai, turintys galimybę perduoti („shift“) duomenis. Registrai yra paprastai laikymo įrenginiai, kurie sukuriami sujungiant tam tikrą skaičių šlepečių nuosekliai, o duomenų kiekis (bitų skaičius), kurį gali išsaugoti registras, visada yra tiesiogiai proporcingas šlepetių skaičiui, nes kiekvienas vartymas „flop“ vienu metu gali laikyti tik vieną bitą. Kai registro šlepetės yra sujungtos taip, kad vieno šlepetės išvestis tampa kitos įvestimi, sukuriamas poslinkių registras.

Šlepetės yra įtaisai, kurių veikimas panašus į fiksatorių. Tai galima vadinti bibliniu vibratoriumi, kuris gali judėti tarp dviejų būsenų (0 arba 1) ir gebantis kaupti duomenis bitais. Nauji duomenys nuskaitomi į apverstą langą su kiekvienu laikrodžio ciklu ir ankstesniais duomenimis, siunčiamais išvesties metu.

„Shift“ registrai Kuriuos šlepetes sudaro?

Tačiau tai priklauso nuo šnipšto rūšies, nes įvesties, išvesties ir laikrodžio ciklo santykis tarp šlepečių skiriasi. Yra įvairių rūšių šlepetės, tačiau kuriant pamainų registrus dažniausiai naudojami D (Delay) šlepetės.

D tipo šlepečių veikimui, dėl ko jie yra tokie pageidaujami perjungimo registrams, kai tik pasikeičia D šlepečio laikrodis (arba kylantis, arba krentantis kraštas, atsižvelgiant į šlepetės specifikacijas). Duomenys išvestyje „Q“ tampa tokie patys kaip ir įvesties „D“ duomenys. „ Flip flop “ išvestis „Q“ išliks ta verte iki kito laikrodžio ciklo, kur ji vėl pasikeis į reikšmę (High arba Low, 1 arba 0) prie įėjimo.

Dabar, kai žinome, kas yra „Sift“ registrai, toliau gilinsimės į „flip-flop“ tipus ir jų taikymą. Bet prieš tai, norėdami praktiškiau sužinoti, kur naudojami poslinkių registrai, pažvelkime į populiarų poslinkių registrą 74HC595, kurį naudojome su skirtingais mikrovaldikliais, kad susietume šviesos diodų ekraną ar seką.

• „Shift“ registruokitės naudodami „74HC595“ su „Arduino“, kad valdytumėte šviesos diodų seką
• „Shift“ registruokitės naudodamiesi „ESP32“, kad galėtumėte valdyti 7 segmentų ekraną
• „Shift“ registruokitės naudodami „Raspberry Pi“, kad valdytumėte kelis šviesos diodus
• „Shift“ registruokitės PIC, kad galėtumėte valdyti šviesos diodų seką

Skaitmeninės elektronikos registrų tipai

„Shift“ registrai skirstomi į tipus pagal jų nuoseklųjį arba lygiagrečiąjį veikimo būdą.

Yra šeši (6) pagrindiniai poslinkių registrų tipai, kurie išvardyti žemiau, nors kai kuriuos iš jų galima dar suskirstyti pagal duomenų srauto kryptį - paslinkti į dešinę arba į kairę.

1. „Serial in“ - „Serial out Shift“ registras (SISO)

2. Serial In - lygiagretaus išėjimo pamainos registras (SIPO)

3. Lygiagretus įjungimas - Lygiagretaus išėjimo poslinkio registras (PIPO)

4. Lygiagretus įėjimas - „Serial out Shift“ registras (PISO)

5. Dvikryptės poslinkio registrai

6. Skaitikliai

1. Serial in - Serial out Shift registrai

„Serial in“ - „Serial out“ poslinkio registrai yra poslinkio registrai, kurie srautais perduoda duomenis nuosekliai (vieną bitą per laikrodžio ciklą) ir perduoda duomenis taip pat, vienas po kito.

Paprastas nuoseklus nuoseklaus išvesties 4 bitų perėjimų registras parodytas aukščiau, registrą sudaro 4 šlepetės, o jo veikimo išskaidymas paaiškintas toliau;

Paleidus, pirmiausia išvalomas poslinkių registras, priversdamas visų šlepetių išvestis nulį, tada įvesties duomenys nuosekliai taikomi įėjimui po vieną bitą.

Yra du pagrindiniai duomenų perkėlimo būdai per SISO pamainų registrą;

1. Nesugriaunantis rodmuo
2. Destruktyvus skaitymas

• Nesunaikinantis rodmuo

Nesugriaunantys rodmenimis pagrįsti poslinkių registrai visada turi skaitymo / rašymo režimą ir prideda papildomą eilutę, kad būtų galima perjungti skaitymo ir rašymo darbo režimus.

Įrenginiui veikiant „rašymo“ režimu, poslinkių registras perkelia visus duomenis po vieną bitą, elgdamasis tiksliai taip, kaip destruktyvi nuskaitymo versija, todėl duomenys prarandami, tačiau, kai darbo režimas perjungiamas į „skaityti“, duomenys kurie yra pasislinkę įėjimo metu, grįžta į sistemą ir yra įvestis į poslinkių registrą. Tai padeda užtikrinti, kad duomenys išliktų ilgiau (tol, kol jie išliks skaitymo režimu).

• Destruktyvus skaitymas

Jei duomenys yra destruktyvūs, duomenys visiškai prarandami, nes šnipštas tiesiog perkelia informaciją. Darant prielaidą, kad aukščiau yra 4 bitų poslinkio registras, norime išsiųsti žodį „1101“. Išvalius poslinkių registrą, visų šlepetės išvestis tampa 0, todėl per pirmąjį laikrodžio ciklą, kai nuosekliai pritaikome šiuos duomenis (1101), šlepetės išvestys atrodo kaip toliau pateiktoje lentelėje.

Pirmasis laikrodžio ciklas:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	0	0

Antrasis laikrodžio ciklas:

FF0	FF1	FF2	FF3
0	1	0	0

Trečiasis laikrodžio ciklas:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	0	1	0

Ketvirtasis laikrodžio ciklas:

FF0	FF1	FF2	FF3
1	1	0	1

2. „Serial in“ - „Parallel out Shift“ registras

Antrasis pamainų registro tipas, kurį mes svarstysime, yra „Serial in - Parallel out shift register“, taip pat žinomas kaip SIPO pamainų registras. Šie pamainų registrų tipai naudojami duomenims konvertuoti iš nuoseklaus į lygiagretų. Duomenys ateina vienas po kito per vieną takto ciklą ir gali būti perkelti ir pakeisti, arba gali būti nuskaitomi kiekviename išėjime. Tai reiškia, kad kai duomenys yra nuskaitomi, kiekvienas perskaitytas bitas vienu metu tampa prieinamas atitinkamoje išvesties linijoje (Q0 - Q3 toliau nurodytam 4 bitų poslinkio registrui).

4 bitų nuoseklaus įėjimo - lygiagretaus išėjimo poslinkio registras parodytas paveikslėlyje žemiau.

Lentelė, rodanti, kaip duomenys perkeliami iš nuoseklaus 4 lygių iš 4 bitų perėjimo registro, rodomi žemiau, o duomenys yra 1001.

Aišku	FF0	FF1	FF2	FF3
1001	0	0	0	0
	1	0	0	0
	0	1	0	0
	0	0	1	0
	1	0	0	1

Geras nuoseklaus lygiagretaus išėjimo poslinkio registro pavyzdys yra 74HC164 poslinkio registras, kuris yra 8 bitų poslinkio registras.

Prietaisas turi du nuoseklius duomenų įvestis (DSA ir DSB), aštuonis lygiagrečius duomenų išėjimus (Q0 - Q7). Duomenys įvedami nuosekliai per DSA arba DSB, ir bet kurį įvestį galima naudoti kaip aktyvų HIGH įgalinimą duomenims įvesti per kitą įvestį. Duomenys perkeliami laikrodžio (CP) įvesties perėjimuose nuo LOW-HIGH. LOW pagrindinio atstatymo įvestyje (MR) išvalo registrą ir priverčia visus išėjimus LOW, nepriklausomai nuo kitų įėjimų. Įėjimai apima spaustinius diodus. Tai leidžia naudoti srovės ribotuvus rezistorius, kad sąsajos įvestys būtų įtampos, viršijančios VCC.

3. Lygiagretus įvestis - nuoseklus „Shift“ registras

„Parallel in - Serial out shift“ registre duomenys pateikiami lygiagrečiai, pavyzdžiui, atsižvelkite į toliau pateiktą 4 bitų registrą.

Šis registras gali būti naudojamas 4 bitų žodžiui išsaugoti ir perkelti, o rašymo / perjungimo (WS) valdymo įvestis valdo poslinkių registro veikimo režimą. Kai WS valdymo linija yra žema (rašymo režimas), duomenis galima įrašyti ir laikrodį įrašyti per D0 - D3. Norint perkelti duomenis nuosekliai, WS valdymo linija yra HIGH (Shift mode), tada registras perkelia duomenis į laikrodžio įvestį. Lygiagretusis nuoseklus mūsų „Shift“ registras taip pat vadinamas PISO „Shift“ registru.

Geras lygiagretaus nuoseklaus išėjimo iš eilės registro pavyzdys yra 74 bitų 8-bitų perėjimų registras, nors jis taip pat gali būti valdomas kaip nuoseklus nuoseklaus išėjimo iš eilės perėjimo registras.

Prietaisas turi nuoseklų duomenų įvestį (DS), aštuonis lygiagrečius duomenų įvestis (nuo D0 iki D7) ir du papildomus nuoseklius išėjimus (Q7 ir Q7 '). Kai lygiagrečios apkrovos įvestis (PL) yra LOW, duomenys nuo D0 iki D7 asinchroniškai įkeliami į poslinkio registrą. Kai PL yra AUKŠTAS, duomenys į DS įeina nuosekliai. Kai laikrodžio įvesties įvestis (CE) yra LOW, duomenys perkeliami iš CP įvesties LOW – HIGH perėjimų. „HIGH CE“ išjungs CP įvestį. Įėjimai toleruoja viršįtampį iki 15 V. Tai leidžia prietaisą naudoti HIGH-to-LOW lygio perjungimo programose.

Funkcinė poslinkių registro schema parodyta žemiau;

Sistemos laiko schema parodyta paveikslėlyje žemiau;

4. Lygiagretus įėjimas - Lygiagretaus išėjimo pamainos registras

Lygiagretaus lygiagretaus išėjimo poslinkio registre išvesties duomenys lygiagrečiuose išėjimuose rodomi tuo pačiu metu, kai įvedami įvesties duomenys. Šio tipo poslinkių registras taip pat vadinamas PIPO poslinkio registru.

Įvesties duomenys kiekviename iš įvesties kaiščių nuo D0 iki D3 nuskaitomi tuo pačiu metu, kai prietaisas yra laikrodis, ir tuo pačiu metu duomenys, perskaityti iš kiekvieno įėjimo, perduodami atitinkamame išėjime (nuo Q0 iki Q3).

74HC195 poslinkio registras yra universalus perėjimas registras, galintis dirbti dauguma aprašytų visų tipų aptarėme šiol ypač kaip lygiagrečiai režimais - lygiagreti iš pamainos registre.

5. Dvikryptės poslinkio registrai

„Shift“ registrai gali atlikti duomenų perkėlimą į dešinę arba į kairę arba abu, atsižvelgiant į pamainų registro tipą ir jų konfigūraciją. Dešiniojo poslinkio operacijose dvejetainiai duomenys dalijami iš dviejų. Jei ši operacija yra atvirkštinė, dvejetainiai duomenys padauginami iš dviejų. Tinkamai taikant kombinacinę logiką, nuoseklų poslinkių registrą galima sukonfigūruoti atlikti abu veiksmus.

Apsvarstykite 4 bitų registrą paveikslėlyje žemiau. Pora NAND vartų yra sukonfigūruoti kaip ARBA vartai ir yra naudojami poslinkio krypčiai valdyti dešinėje arba kairėje.

Valdymo linija kairė / rašymas naudojama nustatyti kryptį, į kurią duomenys perkeliami į dešinę arba kairę.

Geras pavyzdys yra 74HC194 dvikryptės poslinkio registras. Registras gali veikti visais nuosekliojo ir lygiagrečiojo įvesties ar išvesties režimais ir variantais. Funkcinė 74HC194 schema, paryškinanti valdymo liniją, laikrodį, įvesties ir išvesties kaiščius, parodyta žemiau.

Įrenginio laiko schema taip pat parodyta žemiau. Tai padės geriau suprasti, kaip valdymo linija valdo registro veiksmus.

6. Skaitikliai

Skaitikliai, kartais vadinami pasukimo poslinkio registru, iš esmės yra poslinkių registrai, kurių išėjimai atgal į prietaisą tiekiami kaip įėjimai taip, kad sukurtų tam tikrą modelį. Šie registrų tipai vadinami skaitikliais dėl juose esančios schemos ir sekos. Populiariausias pamaininių registrų skaitiklių tipas yra žiedų skaitikliai.

Žiedų skaitiklis

Žiedų skaitikliai iš esmės yra skaitiklio tipas, kuriame reikšmingiausio bito išvestis yra grąžinama kaip įvestis į mažiausiai reikšmingą bitą. 4 bitų žiedų skaitiklis pavaizduotas toliau pateiktoje diagramoje, naudojant D šlepetes.

Taikant laikrodžio impulsą, kiekvieno etapo išvestis perkeliama į kitą ir ciklas tęsiasi. Kai skaidrus pasukamas aukštai, visi šlepetės, išskyrus pirmąjį (kuris nustatomas į 1), nustatomi į nulį.

„Shift“ registrų programos

„Shift“ registrai naudojami daugelyje programų, kai kurios iš jų yra;

1. Lygiagrečiai su nuosekliuoju keitimu, kai jie naudojami norint sumažinti laidų ar linijų, reikalingų ryšiui tarp dviejų įrenginių, skaičių, nes nuosekliam ryšiui paprastai reikia tik dviejų laidų, palyginti su lygiagrečia, tai priklauso nuo siunčiamų bitų skaičiaus.

2. IO išplėtimas mikrovaldikliams. Šiuolaikinėje elektronikoje mikrovaldiklių IO kaiščiai vadinami nekilnojamojo turto objektais, o tam tikroms reikmėms reikia kuo daugiau, pavyzdžiui, įjungti 100 šviesos diodų ar skaityti 100 nendrių jungiklių su panašiu į „Arduino“ ar „Atmeg328p“ mikrovaldiklį. Pavyzdžiui, toliau pateiktoje grandinės schemoje pavaizduota, kaip nuoseklaus ir lygiagretaus poslinkio registrą galima naudoti 8 šviesos diodams valdyti, naudojant tik tris mikrovaldiklių IO kaiščius.

3. Jie naudojami valstybiniuose registruose, kurie naudojami nuosekliuose įrenginiuose. Kaip ir baigtinė atminties mašina, tolesnė įrenginio būsena visada nustatoma perkeliant ir įterpiant naujus duomenis į ankstesnę padėtį.

4. Viena kita pagrindinė programa yra „ Laiko vėlavimai“. „Shift“ registrai naudojami prietaisų laiko atidėjimui, laiką koreguojant pagal laikrodį, arba padidinant kaskadiniais poslinkio registrais arba sumažinant paėmus iš mažesnio reikšmingo bito.

Laiko vėlavimas paprastai apskaičiuojamas pagal formulę;

t = N * (1 / fc)

N yra „flip flop“ pakopos, per kurią imama išvestis, skaičius, Fc - laikrodžio signalo dažnis, o t, kuri yra nustatoma vertė, yra laikas, kuriam išėjimas bus atidėtas.

Renkantis tam tikros užduoties pamainų registrą dėl plataus asortimento ir įveskite svarbą, kad pasirinktumėte tą, kuris atitiktų jūsų konkretų poreikį, atsižvelgiant į tokius dalykus kaip darbo režimas, bitų dydis (šlepečių skaičius), dešinė arba kairė arba dvikryptis ir kt.

Kai kurie iš populiariausių pamainų registrų yra;

1. 74HC 194 4 bitų dvikryptis universalus poslinkių registras
2. 74HC 198 8 bitų dvikryptis universalus poslinkių registras
3. 74HC595 Serial-In-Parallel-Out pamainos registras
4. 74HC165 Parallel-In-Serial-Out pamainos registras
5. IC 74291 4 bitų universalus poslinkių registras, dvejetainis aukštyn / žemyn skaitiklis, sinchroninis.
6. IC 74395 4 bitų universalus poslinkių registras su trijų būsenų išėjimais.
7. IC 74498 8 bitų dvikryptis poslinkio registras su lygiagrečiais įėjimais ir trijų būsenų išėjimais.
8. IC 74671 4 bitų dvikryptis poslinkių registras.
9. IC 74673 16 bitų nuoseklaus nuoseklaus išvesties poslinkio registras su išvesties saugyklos registrais.
10. IC 74674 16 bitų lygiagrečiai serijinio išėjimo poslinkio registras su trijų būsenų išėjimais.

Yra dar keletas, tereikia rasti tai, kas geriausiai tinka jūsų programai.

Ačiū, kad perskaitėte, iki kito karto.